DE2545224A1 - WALL MATERIAL FOR CELL STRUCTURES TO SUPPRESS HEAT LOSS IN SOLAR ENERGY COLLECTORS - Google Patents

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JENAer GLASWERK
SCHOTT & GEN.JENAer GLASWERK
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WANDMÄTERIAL FÜR ZELLENSTRUKTUREN ZUR UNTERDRÜCKUNG DER WÄRMEVEBLUSTE BEI SOLARENERGIEKOLLEKTOREN WALL MATERIAL FOR CELL STRUCTURES TO SUPPRESS HEAT BLUSES IN SOLAR ENERGY COLLECTORS

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WANDMATERIAL FÜR ZELLENSTRUKTUREN ZUR UNTERDRÜCKUNG DER WÄRMEVERLUSTE BEI SOLARENERGIEKOLLEKTORENWALL MATERIAL FOR CELL STRUCTURES TO SUPPRESS HEAT LOSS IN SOLAR ENERGY COLLECTORS

Solarenergiekollektoren zur Umwandlung der Sonnenstrahlungsenergie in Wärme - im Gegensatz zu Solarzellen, welche photoelektrische Effekte nutzen - bestehen aus einem Absorber, der die Strahlung möglichst vollkommen aufnimmt und einer geeigneten Anordnung, welche die Wärme von dem Absorber zum Wärmespeicher oder direkt zur wärmenutzenden Einrichtung führt. Die Wärme wird im allgemeinen durch ein strömendes Medium (Gas oder Flüssigkeit) abtransportiert.Solar energy collectors for converting solar radiation energy into heat - in contrast to solar cells, which are photoelectric Use effects - consist of an absorber that absorbs the radiation as completely as possible and a suitable one Arrangement which leads the heat from the absorber to the heat storage or directly to the heat-using device. The heat is generally transported away by a flowing medium (gas or liquid).

Der von der Sonnenstrahlung erwärmte Absorber gibt seine Wärme nicht nur an das Transportmediura ab, sondern verliert auch Wärme an die Umgebung. Solche unerwünschten Verluste treten sowohl bei konzentrierenden Sammlern als auch bei Flachsammlern auf.The absorber warmed by solar radiation not only gives off its heat to the transport mediura, but also loses it also warmth to the environment. Such undesirable losses occur both with concentrating collectors and with flax collectors on.

Bei flachen Sammlern ist die der einfallenden Sonnenstrahlung abgewandte Seite gegen Wärmeverluste auf einfache Weise zu schützen. Herkömmliche Isolierstoffe wie Glas und Steinwolle oder Schaumstoffe in geeigneter Stärke bieten gute Wärmeisolation bei niedrigen Kosten. Schwieriger ist die Seite des Absorbers gegen Wärmeverluste zu schützen, welche der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist. Auf dieser Seite des Absorbers angeordnete, wärmedämmende Vorrichtungen müssen nämlich der Forderung genügen, daß die Strahlung die wärmedämmenden Anordnungen möglichst ungehindert passieren kann, d. h. sie müssen weitgehend transparent für Sonnenstrahlung sein.In the case of flat collectors, the side facing away from incident solar radiation can be closed in a simple manner to prevent heat loss protection. Conventional insulating materials such as glass and rock wool or foams of suitable thickness offer good thermal insulation at low cost. It is more difficult to protect the side of the absorber against heat loss, which is the solar radiation is exposed. On this side of the absorber arranged, heat-insulating devices must namely Sufficient requirement that the radiation the heat insulating arrangements can pass as unhindered as possible, d. H. they must be largely transparent to solar radiation.

Wärmeverluste treten durch Wärmeleitung, Konvektion und durch Stfahlungsaustausch ein. Maßnahmen zur Unterdrückung der Verluste betreffen oft nur eine der genannten Arten der Wärmeübertragung, manchmal auch gleichzeitig mehrere.Heat losses occur through conduction, convection and the exchange of steel. Measures to suppress the losses often affect only one of the types of heat transfer mentioned, sometimes several at the same time.

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Wärraeverluste der Solarkollektoren durch Strahlungsaustausch lassen sich durch verschiedene Maßnahmen unterdrücken. Häufig ■benutzt man selektiv reflektierende Schichten als Absorber. Diese Schichten absorbieren die Sonnenstrahlung ausreichend gut, emittieren langwelliges Infrarot dagegen nur geringfügig. Gleichermaßen wirksam sind Beschichtungen auf transparenten Deckscheiben, welche für die Sonnenstrahlung transparent sind, aber langwelliges Infrarot reflektieren können. Befindet sich z. B. eine solche Schicht auf der dem Absorber zugekehrten Seite einer Abdeckscheibe, so wird die vom Absorber emittierte Strahlung an der Schicht reflektiert und von ihm wieder absorbiert. Nicht ganz so wirksam wie die oben beschriebenen Maßnahmen sind ein oder mehrfache Abdeckscheiben, welche für Sonnenstrahlung transparent sind, langwelliges Infrarot aber absorbieren. Unterteilt man einen Zwischenraum durch eine weitere Scheibe, so wird die Wärmeübertragung in diesem Zwischenraum, bedingt durch Strahlungsaustausch, etwa halbiert. Heat losses in the solar collectors due to the exchange of radiation can be suppressed by various measures. Frequently ■ one uses selectively reflective layers as absorbers. These layers absorb solar radiation sufficiently well, but emit long-wave infrared only slightly. Coatings on transparent cover panes which are transparent to solar radiation are equally effective but can reflect long-wave infrared. Is z. B. such a layer on the absorber facing side of a cover panel, the radiation emitted by the absorber is reflected on the layer and reabsorbed by him. Not quite as effective as the measures described above are single or multiple cover plates, which are transparent to solar radiation, but absorb long-wave infrared. If you divide one If there is an intermediate space through another pane, the heat transfer in this space, due to the exchange of radiation, is roughly halved.

Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion sind bei Solarenergiekollektoren eng miteinander verknüpft. Die der Sonnenstrahlung zugewandte Seite des Absorbers ist meist von Luft begrenzt. Diese Luftschicht leitet Wärme an die Umgebung ab. Es genügt nun nicht, diese Gasschicht so dick zu machen, daß die Wärmeverluste durch Leitung vernachlässigbar klein werden. Die mit steigender Gasschichtdicke ebenfalls rasch zunehmende Konvektion führt dazu, daß die Summe aus den Wärmeübertragungsanteilen von Leitung und Konvektion fast unabhängig von der Gasschichtdicke sind, sobald eine bestimmte Dicke überschritten ist.Heat losses through conduction and convection are closely linked in solar energy collectors. The side of the absorber facing the solar radiation is usually bounded by air. This layer of air conducts heat the environment. It is not enough to make this gas layer so thick that the heat losses through conduction are negligible get small. The convection, which also increases rapidly with increasing gas layer thickness, leads to the fact that the sum of the heat transfer shares of conduction and convection are almost independent of the gas layer thickness, as soon as a certain thickness is exceeded.

So ist z. B. bei Flachsammlern mit mehreren für Sonnenstrahlung transparenten Abdeckscheiben der Abstand zwischen dem Absorber und der darüber liegenden Scheibe, oder zwischen zwei Scheiben ab etwa 15 mm Dicke ohne Einfluß auf die wärmedämmenden Eigenschäften der Anordnung. Jede Steigerung der Dicke der Gasschichten führt nur zu erhöhter Konvektion.So is z. B. in the case of flat collectors with several cover plates transparent to solar radiation, the distance between the absorber and the pane above, or between two panes from about 15 mm thick without affecting the heat-insulating properties the arrangement. Any increase in the thickness of the gas layers only leads to increased convection.

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Eine oft benutzte Maßnahme zur Unterdrückung der Wärmeleitung und Konvektion ist, den Absorber in ein Gefäß einzuschließen, welches die Sonnenstrahlung zum Absorber durchläßt und evakuierbar ist. Unterhalb eines bestimmten Druckes ist die Konvektion zuverlässig unterdrückt. Mindert man den Druck noch
weiter, dann gelangt man zu einem Punkt, von dem ab eine wei-'tere Druckabsenkung die Wärmeleitung verkleinert;
Gefäße, welche evakuierbar sind, müssen aber dem Atmosphärendruck standhalten können und sind deshalb bei Flachsammlern
nur mit größtem Aufwand zu realisieren.A measure that is often used to suppress heat conduction and convection is to enclose the absorber in a vessel which lets the solar radiation through to the absorber and which can be evacuated. Convection is reliably suppressed below a certain pressure. If you reduce the pressure even more
further, one arrives at a point from which a further decrease in pressure reduces the conduction of heat;
Vessels that can be evacuated must be able to withstand atmospheric pressure and are therefore used by flax collectors
Can only be implemented with great effort.

Alle bislang genannten Maßnahmen sind in den mannigfaltigsten Kombinationen sowohl bei konzentrierenden als auch bei Flachsammlern angewandt worden.All the measures mentioned so far are in the most varied combinations both with concentrating as well as with flax collectors been applied.

Man kennt z. B. konzentrierende Sammler mit selektiv reflektierenden Absorberschichten, selektiv transmittierenden Schichten auf den Abdeckscheiben oder auch beidem. Oft sind die umhüllenden Gefäße mehr oder minder evakuiert.One knows z. B. concentrating collector with selectively reflective Absorber layers, selectively transmitting layers on the cover panes or both. Often they are enveloping Vessels more or less evacuated.

Bei Flachsammlern sind viele Anordnungen mit selektiv reflektierenden Absorberschichten unter Einfach- oder Mehrfachscheibenabdeckungen versucht worden.Flax collectors have many arrangements with selectively reflective Absorber layers under single or multiple pane covers been tried.

Allen Kombinationen sind Nachteile eigen, die sich mit den geschilderten Maßnahmen prinzipiell nicht beheben lassen.
So ist schon, um Regen oder Verschmutzung von dem Absorber fernzuhalten, mindestens eine transparente Abdeckung zu fordern. Jede weitere - obwohl für die Wärmedämmung wünschenswert - erhöht aber die Absorptions- und Reflexionsverluste der Sonnenstrahlung auf ihrem Weg durch die Abdeckung zum Absorber.All combinations have their own disadvantages, which in principle cannot be remedied with the measures described.
In order to keep rain or dirt away from the absorber, at least one transparent cover is required. Each additional one - although desirable for thermal insulation - increases the absorption and reflection losses of solar radiation on its way through the cover to the absorber.

Selektiv reflektierende Schichten sind kostspielig und zeigen m&ist einen Absorptionskoeffizienten, der vom Optimum weit entfernt ist. Diese Schichten sind außerdem bei höheren Temperaturen oft unbeständig.Selective reflective layers are expensive and show m & is an absorption coefficient that is far from optimum is. These layers are also often unstable at higher temperatures.

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Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden, sind auch bereits wabenförmige Strukturen zwischen Absorber und den transparenten Abdeckscheiben vorgeschlagen v/orden. Sind die Form und Größe sowie das Wandmaterial geeignet gewählt, dann werden sowohl der Strahlungsaustausch als auch die Konvektion vermindert oder fast vollständig unterdrückt.In order to avoid the disadvantages mentioned above, are also already honeycomb structures between the absorber and the transparent ones Cover disks are suggested. If the shape and size as well as the wall material are suitably selected, then both the Radiation exchange and convection are reduced or almost completely suppressed.

Fig. .1 a zeigt Wabenstrukturen mit rechteckigem und Fig. 1 b solche mit sechseckigem Querschnitt.Fig. 1a shows honeycomb structures with a rectangular cross-section and Fig. 1b shows those with a hexagonal cross-section.

Die Wabenv/ände stehen senkrecht auf dem Absorber.The honeycomb walls are perpendicular to the absorber.

Vor fast 50 Jahren hat HOTTEL gezeigt, daß der Strahlungsaustausch zwischen Boden und Deckel solcher Viaben oder Zellen von der Form derselben und von dem Verhältnis zwischen mittlerem Durchmesser D und der Höhe II der Zelle abhängt. Für Zellen mit Wänden, die für langwelliges Infrarot absorbierend sind, ist der Strahlungsaustausch - verglichen mit ungehindertem Austausch um den Faktor F vermindert.
Es gilt ungefähr: ·Almost 50 years ago HOTTEL showed that the radiation exchange between the base and cover of such vias or cells depends on the shape of the same and on the ratio between the mean diameter D and the height II of the cell. For cells with walls that are absorbent for long-wave infrared, the radiation exchange is reduced by a factor of F compared to unhindered exchange.
The following applies approximately:

F . = O,52 0,36 0,27 0,22 O,19 O,10F. = 0.22 0.36 0.27 0.22 0.19 O.10

H/D =1 2 3 4 5 10H / D = 1 2 3 4 5 10

D. h., eine Zellenstruktur, deren mittlerer Zellendurchmesser nur ein Zehntel der Zellenhöhe beträgt, unterdrückt die Wärmeübertragung durch Strahlung um den Faktor zehn, vorausgesetzt, daß das Zellenwandmaterial langwelliges Infrarot absorbiert.That is, a cell structure whose mean cell diameter is only one tenth of the cell height suppresses heat transfer by radiation by a factor of ten, provided that the cell wall material absorbs long-wave infrared.

Wählt man den mittleren Durchmesser einer einzelnen Wabe klein genug, dann wird auch die Konvektion unterdrückt. Je nach Temperaturdifferenz und Wabenhöhe kann man einen Durchmesser finden,If the mean diameter of an individual honeycomb is chosen to be small enough, convection is also suppressed. Depending on the temperature difference and honeycomb height you can find a diameter,

⁺ HOTTEL, Mech. Eng. 52 (1930) 7, S. 699-704 HOTTEL, Am. Soc. Mech. Eng. Paper IS-55-6, Vol. 55 (1933) S. 39-49 ⁺ HOTTEL, Mech. Eng. 52 (1930) 7, pp. 699-704 HOTTEL, Am. Soc. Mech. Eng. Paper IS-55-6, Vol. 55 (1933) pp. 39-49

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unterhalb dessen die Konvektion vollständig unterdrückt ist.
Für eine Temperaturdifferenz von 50 C zwischen Boden und Deckelbelow which the convection is completely suppressed.
For a temperature difference of 50 C between the bottom and the lid

der Wabe konnte gezeigt werden, daß unterhalb von 1 cm Zelldurch-the honeycomb could be shown that below 1 cm cell diameter

messer die Konvektion' vollständig unterdrückt wurde.the convection 'has been completely suppressed.

Im vorangegangenen wurden nur die Eigenarten solcher Zellenstrukturen beschrieben, welche für das wärmedämmende Verhalten
derselben von Bedeutung sind. Die Waben müssen neben den beschriebenen Eigenschaften vor allem die Sonnenstrahlung bis zum Absorber gelangen lassen. Das Zellwandmaterial muß also für Sonnenstrahlung transparent oder hochreflektierend sein. In beiden Fällen kann die Sonnenstrahlung bis zum Grund der Zelle, also bis zum Absorber gelangen. Führt man den Sammler dem Stand der Sonne nach, dann kann
man auch mit dünnen, für Sonnenstrahlung undurchlässigen Wabenwandmaterialien auskommen. Die Wabenwände müssen dann nur parallel zur einfallenden Strahlung stehen.In the foregoing, only the peculiarities of such cell structures were described, which are responsible for the heat-insulating behavior
the same are important. In addition to the properties described, the honeycombs must above all allow solar radiation to reach the absorber. The cell wall material must therefore be transparent or highly reflective for solar radiation. In both cases, the solar radiation can reach the bottom of the cell, i.e. the absorber. If you follow the collector to the position of the sun, then you can
You can also get by with thin honeycomb wall materials that are impermeable to solar radiation. The honeycomb walls then only have to be parallel to the incident radiation.

An die Zellwände ist noch eine weitere Forderung zu stellen. Sie
sollen so dünn wie möglich sein, damit die Wärmeleitung in den
Zellwänden gering ist und nicht einen erheblichen Beitrag zu den
Wärmeverlusten des Sammlers durch Leitung im Zellwandmaterial
liefert.Another requirement is to be made of the cell walls. she
should be as thin as possible so that the heat conduction in the
Cell walls is small and does not make a significant contribution to the
Heat loss of the collector through conduction in the cell wall material
supplies.

Zum ersten Mal sind Zellenstrukturen von russischen Forschern für
Solarenergiekollektoren benutzt worden. Sie verwandten speziell behandeltes Papier zur Herstellung der Wabenstrukturen. Einen neuenFor the first time, cell structures by Russian researchers are for
Solar energy collectors have been used. They used specially treated paper to make the honeycomb structures. A new

TABOR, Solar Energy, Vol. 11, pp.549-552, Pergamon Press, 1969 ⁺⁺ HOLLANDS, Solar Energy, Vol. 9, No. 3, 1965,S. 159-164TABOR, Solar Energy, Vol. 11, pp.549-552, Pergamon Press, 1969 ⁺⁺ HOLLANDS, Solar Energy, Vol. 9, No. 3, 1965, p. 159-164

V. B. VEINBERG, Optics in Equipment for the Utilisation of
Solar Energy, State Publishing House of Defense Ministry,
Moscow (1959), (Translated by. U. S. Dept. of Army Intelligence Translation No. 44787 or USAEC Translation AEC-tr-4471)VB VEINBERG, Optics in Equipment for the Utilization of
Solar Energy, State Publishing House of Defense Ministry,
Moscow (1959), (Translated by. US Dept. of Army Intelligence Translation No. 44787 or USAEC Translation AEC-tr-4471)

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Auftrieb erfuhr die Benutzung von Wabenstrukturen durch FRANCIA. Er benutzte gebündelte Glasrohre zur Erzeugung hoher Temperaturen. Kunststoffolien erschienen zunächst ebenfalls als sehr geeignetes Material für die Wabenwände und sind auch versucht worden. PERROT et. al. haben Waben aus Kunststoffolien untersucht. Die Ergebnisse entsprachen nicht den Ervartungen, da dünne Kunststoffolien für die langwellige Infrarotstrahlung teilv/eise transparent sind. BUCHBERG et. al. haben Papier als Wandmaterial benutzt, welches mit Aluminium bedampft war, damit die Sonnenstrahlung zum Absorber hinunter reflektiert wird. Die Aluminiumoberfläche wurde mit dicken (sonnenstrahlungstransparenten) Lackschichten belegt, welche dafür zu sorgen hatten, daß in ihnen das langwellige Infrarot absorbiert wird.The use of honeycomb structures was boosted by FRANCIA. He used bundled glass tubes to generate high temperatures. Plastic films also initially appeared to be very suitable Material for the honeycomb walls and have also been tried. PERROT et. al. have examined honeycombs made of plastic films. The results Did not meet expectations, as thin plastic sheets for the long-wave infrared radiation is partially transparent. BUCHBERG et. al. have used paper as wall material, which was vaporized with aluminum so that the solar radiation is reflected down to the absorber. The aluminum surface was with thick (solar radiation-transparent) layers of lacquer show which had to ensure that the long-wave infrared is absorbed in them.

Faßt man die bisherigen Untersuchungen an Solarenergiekollektoren mit wabenformigen Strukturen zur Unterdrückung der Wärmeverluste zusammen, so kommt man zu dem Schluß, daß man sehr gute Sammler nach diesem Prinzip bauen könnte, wenn man nur geeignete Materialien für die .Wabenstruktüren hätte.If one summarizes the previous investigations on solar energy collectors with honeycomb structures to suppress heat losses together, one comes to the conclusion that very good collectors could be built according to this principle, if only suitable materials were used for the honeycomb structure doors.

Die besseren Materialien sind diejenigen, welche für Sonnenstrahlung transparent sind. Haben solche Wandmaterialien eine optisch gute Oberfläche, d. h. streuen sie die Strahlung nur sehr gering und ist das Material absorptionsarm, dann gelangt.ein sehr hoher Prozentsatz bis zum Boden der Zellen, also bis zum Absorber. Nicht für Sonnenstrahlung transparente Wandmaterialien sind grundsätzlich schlechter geeignet, da es keine einfachen Beläge gibt, die Sonnenstrahlung verlustfrei reflektieren. Ein Teil der Sonnenstrahlung gelangt also nicht auf den Absorber. Ebenso schwierig und unbefriedigend steht es um das Absorptionsvermögen für langwelliges Infrarot, das notwendig ist, damit der Strahlungsaustausch gemindert wird.The better materials are those made for solar radiation are transparent. Do such wall materials have a visually good surface, i. H. they scatter the radiation very little and is the material is poor in absorption, then a very high percentage to the bottom of the cells, i.e. to the absorber. Wall materials that are not transparent to solar radiation are fundamentally less suitable because there are no simple coverings that reflect solar radiation without loss. Part of the solar radiation so does not get on the absorber. The absorption capacity is just as difficult and unsatisfactory for long-wave infrared, which is necessary to reduce the exchange of radiation.

⁺· · G. FRANCIA, Paper E/Conf. 35/5/71. U.N. Conf. on New Sources of Energy, Rome (1961). ⁺ · · G. FRANCIA, Paper E / Conf. 35/5/71. UN Conf. on New Sources of Energy, Rome (1961).

⁺⁺ PERROT, Solar Energy, g (1967) Vol. 11. No. 1, S. 34-40 4.4.4. ⁺⁺ PERROT, Solar Energy, g (1967) Vol. 11. No. 1, pp. 34-40 4.4.4.

BUCHBERG, Solar Energy, Vol. 13, pp.193-221, Pergamon Press, 197.1BUCHBERG, Solar Energy, Vol. 13, pp.193-221, Pergamon Press, 197.1

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Benutzt man dünne Kunststoffolien, dann wird ein erheblicher Anteil der langwelligen Infrarotstrahlung hindurchgelassen. Man könnte nun dickere Folien benutzen, um die Absorption zu erhöhen. Wegen der typischen Bandenstruktur der Infrarottransmissionsspektren organischer Polymere ist dadurch nur eine geringe Verbesserung zu erreichen: In Spektralbereichen hoher Transmissionen sind Folien so großer Dicke erforderlich, um die Transmission dort selbst merklich zu beschränken, daß schon der Preis der Folie Schranken setzen würde.If you use thin plastic films, then a considerable proportion will be the long-wave infrared radiation passed through. Thicker films could now be used to increase absorption. Because the typical band structure of the infrared transmission spectra of organic polymers is only marginally improved Achieve: In spectral ranges of high transmissions, foils of such great thickness are required to make the transmission itself noticeable there to restrict that the price of the foil would set limits.

So läßt z. B. eine 75 ym dicke Hostaphan-Folie noch ca. 20 % der Strahlung eines schwarzen Körpers von 350 C hindurch. Copolymerisate, deren Zusammensetzung so gewählt wurde, daß Spektralgebiete großer Durchlässigkeit des einen Polymers von den Absorptionsbanden des anderen abgedeckt werden, bringen teilweise Abhilfe. Ebenso sind lackierte und kaschierte Folien möglich. Erschv/erend kommt hinzu, daß die Kunststoffe außerordentlich stabil gegen verändernde Strahlungseinwirkungen sein müssen. Je mehr verschiedene Kunststoffe an der Folie beteiligt sind, um so schwieriger ist es, neben den bereits genannten Eigenschaften auch noch diese Beständigkeitsforderungen zu erfüllen.So lets z. B. a 75 ym thick Hostaphan film still about 20% of the Blackbody radiation of 350 C through it. Copolymers, whose composition was chosen so that spectral regions of great permeability of one polymer from the absorption bands of the other are covered, bring some relief. Lacquered and laminated foils are also possible. A further complicating factor is that the plastics must be extremely stable against changing radiation effects. The more different plastics are involved in the film, the more difficult it is, in addition to the properties already mentioned also to meet these resistance requirements.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Wandmaterial für Wabenstrukturen, welches die oben genannten Schwierigkeiten weitgehend beseitigt.The aim of the present invention is a wall material for honeycomb structures, which largely eliminates the above-mentioned difficulties.

Dieses Ziel wird erreicht mit einem Material/ das aus dünnen Fasern besteht, welche für Sonnenstrahlung weitgehend durchlässig und für langwellige Infrarotstrahlung weitgehend undurchlässig sind, wobei diese Fasern parallel zueinander und vorzugsweise mehrlagig derart angeordnet sind, daß die Achsen der Fasern senkrecht auf der Schnittlinie zwischen Faserwandebene und Absorberebene stehen. This goal is achieved with a material / which consists of thin fibers, which are largely transparent to solar radiation and are largely impermeable to long-wave infrared radiation, these fibers being parallel to one another and are preferably arranged in multiple layers such that the axes of the fibers are perpendicular to the line of intersection between the fiber wall plane and the absorber plane.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip kann man am einfachsten an der in Figur 2 wiedergegebenen Skizze erkennen. Dünne Glasfasern v/erden parallel so nebeneinander angeordnet, daß sie - mehrschichtig hintereinander liegend - eine geschlossene, überdeckende Wand bilden. Legt man durch die Achsen der Fasern der obersten Schicht eine allen gemeinsame Ebene ("Faserwandebene" genannt, Punkte E, F, G, H) sollen die Achsen senkrecht auf der Schnittlinie der Faserwandebene mit der Absorberebene stehen (Linie G-H).The principle on which the invention is based is the simplest from the sketch reproduced in FIG. 2. Thin glass fibers are arranged parallel to each other in such a way that that they - lying one behind the other in several layers - form a closed, covering wall. Put one through the axes of the fibers of the uppermost layer a common plane (called "fiber wall plane", points E, F, G, H) should be the axes stand perpendicular to the line of intersection of the fiber wall plane with the absorber plane (line G-H).

Die Faserwandebene steht im allgemeinen senkrecht auf der Absorberebene (Punkte A, B, C, D), obwohl man - wie später noch ausgeführt werden wird - von dieser Forderung abweichen kann. An einem Strahl, der in einer Einfallsebene (Punkte I, K, L, M) liegt, welche z. B. senkrecht auf der Faserwandebene steht, kann man erkennen, daß der an den Fasern reflektierte Anteil der einfallenden Strahlung vom Auftreffpunkt P in viele verschiedene Richtungen reflektiert wird; die Neigung dieser verschiedenen Strahlen gegen die Absorberebene bleibt aber für jeden Strahl die gleiche. Damit gelangt auch an verschiedenen Faserwandebenen mehrfach reflektierte Strahlung sicher zumThe fiber wall plane is generally perpendicular to the absorber plane (Points A, B, C, D), although - as will be explained later - one can deviate from this requirement. At a ray that lies in a plane of incidence (points I, K, L, M) which z. B. is perpendicular to the fiber wall plane, it can be seen that the portion of the incident radiation reflected on the fibers from the point of incidence P into many different Directions is reflected; but the inclination of these different rays towards the absorber plane remains for every ray the same. In this way, radiation that is reflected multiple times at different fiber wall levels also arrives safely at the

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Boden der Wabe, d. h. zum Absorber. Man kann zeigen, daß auch der Anteil der Strahlung, welcher durch die Fasern hindurchtritt, stets seine Neigung zur Absorberebene beibehält. Weicht man von der Forderung ab, daß die Faserwandebene nicht mehr senkrecht auf der Absorberebene steht, dann wird auch in diesem Fall der überwiegende Teil der einfallenden Strahlung zum Boden der Waben gelangen, solange der Einfallswinkel zwischen Strahlung und Absorberebene kleiner bleibt, als der Winkel zwischen Faserwandebene und 'Absorberebene (hier ist der Winkel gemeint, welcher kleiner als 90 ist). Als Einfalls winkel ist hier - wie üblich - der Winkel zwischen der Normale auf der Absorberebene und dem einfallenden Strahl zu verstehenBottom of the honeycomb, d. H. to the absorber. You can show that too the portion of the radiation that passes through the fibers always maintains its inclination to the absorber plane. Gives way if one depends on the requirement that the fiber wall plane is no longer perpendicular to the absorber plane, then in In this case, the majority of the incident radiation reach the bottom of the honeycomb, as long as the angle of incidence between radiation and absorber plane remains smaller than the angle between the fiber wall plane and the absorber plane (here is the angle is meant which is smaller than 90). As usual, the angle of incidence here is the angle between the normal to be understood on the absorber level and the incident beam

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Viabenwandmaterialien aus parallel angeordneten Fasern zu bilden.There are several ways to make viaben wall materials to form fibers arranged in parallel.

Eine Möglichkeit besteht darin, eine oder mehrere Lagen von Fasern auf -einer Trägerfolie parallel anzuordnen und durch ein geeignetes Bindemittel mit der Folie zu verkleben. Weder der Brechungsindex der Trägerfolie, noch der des Klebstoffes müssen mit dem Brechungsindex der Faser übereinstimmen. Die Trägerfolie muß nur für die Sonnenstrahlung transparent sein, wie dies auch für den Klebstoff zu fordern ist.One possibility is to arrange one or more layers of fibers in parallel on a carrier film and run through them to glue a suitable binder to the film. Neither the refractive index of the carrier film nor that of the adhesive must match the refractive index of the fiber. The carrier film only has to be transparent to solar radiation, as is required for the adhesive.

Eine andere Möglichkeit zur Bildung von Wabenwandmaterial ergibt sich, wenn man mehrere Lagen von parallel angeordneten Fasern durch einen Kunststoff dauerhaft miteinander verbindet, d. h. auf die Trägerfolie verzichtet. Auch hier dürfen die Brechungsindizes von Faser und Kunststoff völlig verschieden sein. Der die Fasern verbindende Kunststoff muß natürlich für Sonnenstrahlung transparent sein. ^ Another possibility for the formation of honeycomb wall material arises when several layers of fibers arranged in parallel are permanently connected to one another by a plastic, ie the carrier film is dispensed with. Here, too, the refractive indices of fiber and plastic can be completely different. The plastic connecting the fibers must of course be transparent to solar radiation. ^

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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht aus Fasern, die über einen Rahmen gewickelt sind. Hierzu nimmt man geeignete Rahmen aus gestanztem Blech, gespannten Drähten oder anderen einen stabilen Rahmen bildenden Materialien und wickelt Glasfasern so dicht darüber, daß eine geschlossene Faserwand entsteht. Aus diesen Faserwänden v/erden dann Waben gefertigt. Dieses zuletzt genannte Verfahren ist besonders für Waben geeignet, die bei Temperaturen höher als 200 C eingesetzt werden sollen. Die meisten transparenten Kunststoffe sind nur bis ca. 200 C einzusetzen.Another embodiment of the invention consists of fibers, which are wrapped over a frame. For this purpose one takes a suitable frame made of stamped sheet metal, tensioned wires or other materials forming a stable frame and wrapped glass fibers so tightly that a closed fiber wall arises. Honeycombs are then manufactured from these fiber walls. This last-mentioned method is particularly suitable for honeycombs, which should be used at temperatures higher than 200 C. Most transparent plastics are only up to use approx. 200 C.

Die hier beschriebenen Fasern müssen nicht unbedingt aus Glas gefertigt sein, solange sie nur für die Sonnenstrahlung transparent sind und langwellige Infrarotstrahlung stark absorbieren. Mineralfasern sind ebenfalls geeignet. Nimmt man Glasfasern, dann sollten sie so übereinander angeordnet sein, daß die Sonnenstrahlung im Mittel mindestens 10 bis 15 pm zu durchdringen hat. Bei Fasern von 10 ym Dicke genügt bereits eine doppelte Lage Fasern.The fibers described here do not necessarily have to be made of glass as long as they are only transparent to solar radiation and strongly absorb long-wave infrared radiation. Mineral fibers are also suitable. If you take fiber optics, then they should be arranged one above the other in such a way that the solar radiation has to penetrate at least 10 to 15 pm on average. With fibers 10 μm thick, a double layer of fibers is sufficient.

Glasfasern haben den wirtschaftlichen Vorteil, daß sie äußerst wirtschaftlich sind. Für Hochtemperatur-Anwendungen sind Quarzglasfasern besonders geeignet.Glass fibers have the economic advantage that they are extremely economical. Quartz glass fibers are used for high temperature applications particularly suitable.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert: Beispiel 1: Wandmaterial aus miteinander verklebten Fasern. The invention is explained in more detail with reference to the following examples: Example 1: Wall material made of fibers bonded to one another.

Man wickelt 10 ym dicke Glasfasern (E-Glas) üb.er eine . Stabtrommel dicht und gleichmäßig, so daß 2 bis 4 Lagen Fasern parallel übereinander zu liegen kommen. Diese Fasern werden durch Polymethylmetacrylat (PMMA) mit-You wind 10 ym thick glass fibers (E-glass) over a . Bar drum tight and even, so that 2 to 4 layers Fibers come to lie parallel on top of each other. These fibers are made of polymethyl methacrylate (PMMA)

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einander verbunden, indem die Trommel kurz in gelöstes PMMA getaucht wird, oder PMMA auf die Fasern aufgetragen wird. Als Lösungsmittel bietet sich Chloroform an. Nach Aushärten des PMMA wird die Faserfolie in geeigneter Breite von der Trommel geschnitten.connected by the drum briefly in loosened PMMA is dipped, or PMMA is applied to the fibers. The solvent is Chloroform. After the PMMA has cured, the fiber film is removed from the drum in a suitable width cut.

Beispiel 2: Wandmaterial· aus über einen Rahmen gewickelten Fasern. Example 2: Wall material made from fibers wound over a frame.

Über gestanzte Blechrahmen werden 10 pm dicke Glasfasern (Ε-Glas) so dicht gewickeit, daß eine 2- bis 4fache Lage von parallel übereinander angeordneten Fasern entsteht. Der Blechrahmen ist aus dünnem (0,1 bis 0,3 mm) Blech gefertigt. Falls notwendig, können in geeigneten Abständen Stützen in den Rahmen eingezogen sein. (Fig. 3). Eine große Verbesserung der Stabilität· der Rahmen und gleichzeitig geeigneten Wabenquerschnitt erreicht man, indem die mit Fasern .» bewickelten Rahmen in regelmäßigen Abständen abgewinkelt werden. Fig. 4 zeigt eine Wabenstruktur, die sich aus abwechselnd gewinkelten und geraden Rahmen zusammensetzt.10 .mu.m thick glass fibers are placed over punched sheet metal frames (Ε-glass) so tightly wound that a 2 to 4-fold layer of Fibers are created. The sheet metal frame is made of thin (0.1 to 0.3 mm) sheet metal. If necessary, you can supports must be drawn into the frame at suitable intervals. (Fig. 3). A big improvement on the Stability · the frame and at the same time suitable honeycomb cross-section are achieved by using the fibers . " wrapped frames are angled at regular intervals. Fig. 4 shows a honeycomb structure that consists of alternating angled and straight frames.

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Claims (7)

AnsprücheExpectations 1. Wandmaterial für Zellenstrukturen von Solarenergiekollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß es aus dünnen Fasern besteht, die transparent für Sonnenstrahlung und für langwellige Infrarotstrahlung stark absorbierend und parallel mehrlagig angeordnet sind, wobei die Achsen der Fasern senkrecht auf der Schnittlinie zwischen Faserwandebene und Absorberebene stehen.1. Wall material for cell structures of solar energy collectors, characterized in that it consists of thin fibers that transparent for solar radiation and strongly absorbing for long-wave infrared radiation and arranged in parallel in multiple layers The axes of the fibers are perpendicular to the line of intersection between the fiber wall plane and the absorber plane. 2. Wandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Glas bestehen.2. Wall material according to claim 1, characterized in that the fibers consist of glass. 3. Wandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Quarzglas bestehen.3. Wall material according to claim 1, characterized in that the fibers consist of quartz glass. 4. Wandmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Mineralien bestehen.4. Wall material according to claim 1, characterized in that the fibers consist of minerals. 5. Wandmaterial nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern auf einer transparenten Trägerfolie angeordnet sind.5. Wall material according to one of claims 1-3, characterized in that that the fibers are arranged on a transparent carrier film. 6. Wandmaterial nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens einer Lage von parallel angeordneten Fasern besteht, die durch einen transparenten Kunststoff fest miteinander verbunden sind.6. Wall material according to one of claims 1-3, characterized in that that it consists of at least one layer of fibers arranged in parallel, which are passed through a transparent Plastic are firmly connected to each other. 7. Wandmaterial nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern derart über einen Rahmen gewickelt sind, daß eine geschlossene, überdeckende Faserwand entsteht.7. Wall material according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the fibers are wound over a frame in such a way that a closed, covering fiber wall is formed. 709816/0499709816/0499 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED